降低小麥致敏性的食品加工研究進展

呂崇富，高金燕，袁娟麗，單玲克，陳紅兵

(1.南昌大學食品科學與技術(shù)國家重點實驗室，江西南昌330047;2.南昌大學中德聯(lián)合研究院，江西南昌330047;3.南昌大學生命科學與食品工程學院，江西南昌330047)

小麥是三種主要的糧食作物之一，品種繁多，世界上應(yīng)用于種植的品種高達25000多種，每年產(chǎn)量高達6億t［1］。但是小麥也是FAO(1995)報道中的八類常見的過敏食物之一［2］。盡管小麥過敏并沒有完整的流行病學研究，但是小麥過敏引起的疾病已經(jīng)廣泛受到人們的關(guān)注和重視。小麥制品中含有的各種蛋白均具有致敏性并且導(dǎo)致一些過敏疾病。因此，對于小麥過敏患者而言，避免接觸過敏原或者飲食低致敏小麥制品顯得尤其重要。獲得低致敏小麥制品可以通過生產(chǎn)加工方法得以實現(xiàn)。目前，降低小麥制品致敏性的加工方法主要是熱加工處理，但是，新興的非加工處理技術(shù)也逐漸被應(yīng)用于降低小麥制品致敏性，并顯示了強大的作用功能。

1 小麥中的主要過敏原

小麥過敏反應(yīng)在臨床上有速發(fā)型或遲發(fā)型癥狀［3］，至少有四種臨床表現(xiàn):乳糜瀉，面包師哮喘，特異性皮炎以及食物依賴運動激發(fā)過敏癥［4］。小麥蛋白根據(jù)Obsborne［5］的分類方法可分為水溶性的清蛋白，鹽溶性的球蛋白，醇溶性的醇溶蛋白和溶于酸堿的谷蛋白四種。醇溶蛋白和谷蛋白也統(tǒng)稱為麩質(zhì)蛋白，麩質(zhì)蛋白占總蛋白含量的80%左右，兩者比例接近1∶1［6］。四種蛋白中，清蛋白和球蛋白分子量大多在40ku以下，是面包師哮喘和小麥特異性皮炎過敏癥中的最主要的過敏原［7-8］。醇溶蛋白是單體蛋白，有 α/β-、γ-和 ω-型三種，其中 α/β-、γ-型醇溶蛋白分子量在30～45ku之間，富含半胱氨酸;ω-型醇溶蛋白分子量在45～75ku之間，但半胱氨酸含量較低［9］。Biagi等［10］認為醇溶蛋白是引起乳糜瀉的主要蛋白，Morita 等［11］和 Palosuo 等［12］的研究則表明 γ-醇溶蛋白和ω5-醇溶蛋白是引發(fā)食物依賴運動激發(fā)性過敏癥的主要過敏原。谷蛋白是一種非均質(zhì)的復(fù)合蛋白，有4～6個高相對分子質(zhì)量亞基(80～120ku)，3個低相對分子量亞基(40～80ku)［13］。Watanabe 等［14］和Soichi等［15］研究發(fā)現(xiàn)，小麥過敏患者中大多數(shù)對麩質(zhì)蛋白亞基的谷氨酸-谷氨酸-谷氨酸-脯氨酸-脯氨酸五肽結(jié)構(gòu)過敏。

2 熱處理對小麥過敏原蛋白的影響

熱處理改變過敏原的反應(yīng)性主要是因為加熱導(dǎo)致蛋白質(zhì)的變性，蛋白分子內(nèi)或者分子間的聚合和鍵合，二硫鍵的重排以及構(gòu)象的改變［16］。熱處理改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，可以破壞過敏原表位，降低其致敏性，但也可能暴露一些潛在的過敏原表位而增強其反應(yīng)性［17］。同時，熱處理也使得蛋白質(zhì)聚合而導(dǎo)致消化性降低［18］。熱處理的方法有干法和濕法兩大類，其中干法包括烘焙、焙燒和微波三種，濕法包括煮沸、油炸、擠出、高壓滅菌和蒸餾等五種。而文獻報道的小麥致敏性的熱處理加工有烘焙和高壓滅菌兩種。

2.1 烘焙處理

烘焙是一種常用的可增加谷物類食品營養(yǎng)價值和利用度的加工工藝。烘焙對小麥蛋白結(jié)構(gòu)影響很大，因為高溫能使蛋白變性降解，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，因而過敏原表位可能被破壞，致敏性降低。Jansens等［19］對麩質(zhì)蛋白粉進行熱處理加工后發(fā)現(xiàn)，當溫度為170℃時，麩質(zhì)蛋白會發(fā)生裂解，谷蛋白和醇溶蛋白提取率降低。雖然對于麩質(zhì)蛋白熱處理后的致敏性并沒有分析，但是由于蛋白結(jié)構(gòu)的破壞裂解，致敏原蛋白構(gòu)象表位和線性表位也可能被破壞，麩質(zhì)蛋白的致敏性可能會降低。Varjonen等［20］研究也發(fā)現(xiàn)，小麥粉在加熱過程中隨著溫度的升高(80～120℃)，中性或酸性致敏原蛋白 RAST值減小，與IgE結(jié)合能力顯著降低。烘焙加工應(yīng)用廣泛，能在一定程度上降低小麥蛋白的致敏性，在低致敏小麥產(chǎn)品生產(chǎn)中有著廣闊的前景。

2.2 高壓滅菌

高壓蒸汽滅菌是一種迅速而有效的滅菌方法，該方法可靠，應(yīng)用廣泛。高壓滅菌處理降低小麥致敏性可歸因于高壓和高溫共同作用，使蛋白發(fā)生變性，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，因而致敏性降低。如，Kwak等［21］用高壓滅菌、微波以及兩種方法相結(jié)合分別處理小麥醇溶蛋白，發(fā)現(xiàn)單獨用高壓滅菌處理50min后，其SDS-PAGE和免疫印跡圖中醇溶蛋白帶消失。競爭抑制ELISA的結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，醇溶蛋白與抗體的結(jié)合程度降低至69%，而單獨的微波處理則沒有影響，微波與高壓滅菌同時處理的蛋白則與抗體結(jié)合程度降低至73%，與單獨高壓滅菌處理并沒有顯著差別。這說明了高壓滅菌能降低小麥醇溶蛋白的致敏性，可以被用于低致敏小麥的加工當中。但是這種方法對于操作要求比較嚴格，需注意安全以防爆炸，而且對于生產(chǎn)工業(yè)中大規(guī)模的加工應(yīng)用難度比較大。

3 非熱加工處理對小麥過敏原蛋白的影響

非熱加工處理方法是新興的降低食物過敏原致敏性的方法。非熱加工能使物料保持良好的感官特性、營養(yǎng)和風味等優(yōu)點，而且能明顯地降低食物致敏性，在目前的研究和實際應(yīng)用中具有重要的作用。迄今為止，非熱加工處理降低小麥致敏性的加工研究主要包括靜態(tài)超高壓、脈沖紫外光、酶法改性以及梯度拋光和酸解、γ輻射等。

3.1 靜態(tài)超高壓處理

靜態(tài)超高壓(HHP)是廣泛用于食物體系的非熱殺菌技術(shù)，它能均勻地處理產(chǎn)品，并且能致死微生物，同時能鈍化酶。超高壓歸因于改變共價鍵，如靜電引力和疏水相互作用，從而導(dǎo)致構(gòu)象的改變。如，Gomes等［22］發(fā)現(xiàn) HHP 在低于 600MPa時，小麥粉中淀粉酶的活性增強，而600MPa以上時，能顯著抑制α-淀粉酶的活性，使其結(jié)構(gòu)部分發(fā)生改變。Apichartsrangkoon等［23］用 200～800MPa的 HHP 處理小麥麩質(zhì)蛋白時，發(fā)現(xiàn)小麥麩質(zhì)蛋白發(fā)生改性和變性，尤其在400～800MPa時二硫鍵的結(jié)合度顯著增加。靜態(tài)超高壓能顯著的改變小麥蛋白的結(jié)構(gòu)，盡管缺乏靜態(tài)超高壓對小麥蛋白致敏性影響的數(shù)據(jù)，但是，已經(jīng)證實了靜態(tài)超高壓可以改變其它過敏食物蛋白如大豆蛋白的構(gòu)象，并且能降低大豆蛋白的致敏性，因此，靜態(tài)超高壓也能作為改變小麥致敏性的方法。

3.2 脈沖紫外光處理

脈沖紫外光技術(shù)是一項強大廣泛的工業(yè)技術(shù)，可應(yīng)用到水處理、空氣殺菌、食品加工、制藥、農(nóng)副產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域。脈沖紫外線強度是傳統(tǒng)紫外線強度的幾千倍，能瞬時發(fā)出高強度的脈沖光能量殺滅各類微生物，并且其光熱作用、聚合作用以及催化效應(yīng)能改變過敏原結(jié)構(gòu)［24］，使蛋白質(zhì)聚合［25］。如，Nooji等［26］研究結(jié)果表明，脈沖紫外(45s)配合熱處理(100℃)或者不配合熱處理均能降低小麥麩質(zhì)蛋白的致敏性，但是前者能更大程度地降低小麥麩質(zhì)蛋白的致敏性，而在這個溫度下，單獨的熱處理不會影響麩質(zhì)蛋白致敏性。由此可見，脈沖紫外結(jié)合熱處理以及單純的脈沖紫外照射，均能很好地降低小麥粉的致敏性，前者的應(yīng)用更加具有實際意義。但是，脈沖紫外輻照時間過長會升高物料溫度，水分丟失，而且穿透力有其局限性，在實際操作過程中應(yīng)該擬定合理的工藝參數(shù)。

3.3 酶法改性處理

酶法改性是利用酶試劑使蛋白質(zhì)的氨基酸殘基和多肽鏈發(fā)生變化，引起結(jié)構(gòu)的改變，從而達到降低小麥致敏性的目的。目前用于降低小麥致敏性的酶改性方法主要有水解、脫酰胺兩種。

酶水解主要是通過水解作用將蛋白降解成小分子肽段從而影響過敏蛋白的線性表位來降低小麥麩質(zhì)蛋白的致敏性。麩質(zhì)蛋白過敏的主要表位是谷氨酸-X-Y-脯氨酸-脯氨酸。其中X，Y可被其它氨基酸殘基所代替［15］。酶水解處理所使用的酶能水解脯氨酸殘基附近的肽鍵來降低小麥致敏性。如，Tanabe等［27］用高專一性水解脯氨酸殘基附近肽段和低淀粉酶活性的菠蘿蛋白酶處理小麥粉，其SDS-PAGE結(jié)果顯示蛋白分子量在20ku和30～40ku，這些蛋白被認為沒有致敏性。但是Zorzi等［28］發(fā)現(xiàn)菠蘿蛋白酶本身也是一種過敏原蛋白。因此，所用的酶也必須被考慮是否能成為新的過敏原。Watanabe［14，29］用纖維素酶、鏈酶蛋白酶、膠原酶水解處理小麥粉，SDSPAGE結(jié)果中，鏈酶蛋白酶處理的小麥粉蛋白分子量在40ku以下，另兩種酶則在67ku以下，均低于對照組，而且ELISA結(jié)果均小于0.05，表明幾種處理后的蛋白均具有較低致敏性。Watanabe等［30］同時也用動物哮喘模型驗證了用纖維素酶和鏈酶蛋白酶處理小麥粉喂養(yǎng)的小鼠支氣管肺泡細胞總數(shù)、嗜酸粒細胞、淋巴細胞、中性白細胞的數(shù)量減少，血清抗體水平顯著降低。酶水解處理雖然能很好地降低小麥粉的過敏原性，但是由于水解，尤其是纖維素酶和鏈酶蛋白酶的水解，使得小麥粉的蛋白降解成較低分子量的肽段或者蛋白，導(dǎo)致麩質(zhì)蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞而不能形成很好的面團。所以，雖然酶水解處理能較好地降低小麥粉的致敏性，但是在實際應(yīng)用中不如熱處理更具有加工意義。

脫酰胺作用也是食品蛋白改性中的一種常用方法。小麥中的麥醇溶蛋白和谷蛋白均含有豐富的谷氨酰胺殘基，因此可以去除氨基以降低醇溶蛋白致敏性。小麥酶法脫酰胺作用主要是通過轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶來實現(xiàn)的。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶是廣泛應(yīng)用于食品蛋白脫酰胺和酶交聯(lián)的一種酶，用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶脫酰胺的小麥粉具有較低的致敏性同時能保持較好的加工性能。如Yie等［31］用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對小麥麩質(zhì)蛋白進行脫酰胺處理，蛋白的脫氨基程度達到72%，傅里葉紅外結(jié)果顯示了脫酰胺的蛋白分子間和分子內(nèi)的β折疊程度降低，蛋白二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，ELISA結(jié)果表明了脫酰胺的蛋白的致敏性顯著低于對照組，而且這些蛋白大分子的性質(zhì)沒有改變，具有良好的溶解性和乳化性。因此，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶在低致敏小麥制品生產(chǎn)中有著重要作用和廣闊的應(yīng)用前景。

酶法改性處理的另一種表現(xiàn)形式是通過發(fā)酵來實現(xiàn)，即利用發(fā)酵過程中產(chǎn)生的一些內(nèi)源性微生物酶來修飾小麥過敏蛋白，從而降低小麥致敏性。如，Nagano等［32］用酵母和短小芽孢桿菌處理小麥粉后，發(fā)現(xiàn)小麥粉的一些過敏原蛋白被降解至37ku以下，RAST 值只有對照組的1/20～1/30。Phromraksa等［33］則用枯草芽孢桿菌屬中DB和SR處理麥醇蛋白，SDS-PAGE結(jié)果也發(fā)現(xiàn)了分子量為30～60ku的麥醇蛋白被降解，免疫印跡也檢測不出這部分醇溶蛋白的致敏性，因此也可認為枯草芽孢桿菌能降低小麥的致敏性。這些微生物能降低小麥的致敏性，而且是用傳統(tǒng)的發(fā)酵方法來實行，操作方法比較實用簡易，具有很好的應(yīng)用價值。

3.4 梯度拋光處理

梯度拋光是一種小麥粉精加工的加工方法。這種方法是用拋光機將小麥顆粒從外到內(nèi)拋光去除谷物外周比較堅硬的成分，其拋光比例達到70%，可以降低其致敏性。如，Handoyo等［34］用梯度拋光處理小麥粉，發(fā)現(xiàn)拋光后剩余的30%的總小麥粉中蛋白的IgE結(jié)合能力顯著降低，具有較低的致敏性，這是由于這部分的小麥粉含有的過敏原蛋白含量最少，清蛋白和球蛋白以及醇溶蛋白含量顯著降低。這種方法降低小麥粉致敏性和小麥顆粒的各種過敏原蛋白的分布緊密相關(guān)。小麥中清蛋白和球蛋白承擔了大部分的過敏原反應(yīng)并且存儲在小麥顆粒外周位置，而谷蛋白和醇溶蛋白雖均有分布，但在剩余30%小麥粉中含量較少。梯度拋光則將這些蛋白去除導(dǎo)致了小麥粉中過敏原蛋白含量的降低而使其具有低致敏性。梯度拋光處理進行精加工的小麥粉也許能作為低致敏小麥制品，因為這類小麥粉中致敏蛋白含量相對較低而不會引起過敏反應(yīng)。但是梯度拋光去除了小麥粉中大量的蛋白，使得小麥粉中蛋白含量降低，營養(yǎng)性也隨之降低了。

3.5 酸解處理

酸解是一種化學方法，用以降低小麥粉致敏性，這種方法是用酸來改變小麥中過敏原蛋白的結(jié)構(gòu)以得到低致敏的小麥粉。如，Maruyama等［35］用乳酸和鹽酸來處理麩質(zhì)蛋白，因為酸的作用，麩質(zhì)蛋白中的谷氨酸殘基在脫酰胺程度為30%時麩質(zhì)蛋白功能性就已經(jīng)發(fā)生了改變，脫酰胺程度為50%時，麩質(zhì)蛋白與IgE結(jié)合能力顯著降低。另外，Poutanen等［36］發(fā)現(xiàn)用酵母和乳酸發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸和乙酸等其它的酸能夠調(diào)節(jié)體系的pH，進而激活蛋白酶、半纖維素酶等一系列的酶。這些酶當中可能有些酶具有水解蛋白的作用，導(dǎo)致麩質(zhì)蛋白的降解。雖然酸解能夠降低小麥粉的致敏性，但是酸解能產(chǎn)生苦味，而且在實際應(yīng)用中，用鹽酸進行食品原料處理也被限制。因此，尋求一種可食用有機酸來降低小麥的致敏性有著更重要的意義。

3.6 γ輻射處理

食物輻射是國內(nèi)外廣泛使用的一種食品加工保藏技術(shù)，輻射會促進蛋白質(zhì)的氧化，使蛋白質(zhì)分解、聚集，也可能引發(fā)酶促反應(yīng)。Vaz等［37］用γ輻射(1、10、25kGy)處理小麥胚芽凝集素(WGA)，發(fā)現(xiàn)10kGy或以上輻照劑量處理過的WGA分子肽鍵和完整多肽鏈發(fā)生斷裂，而且蛋白分子結(jié)構(gòu)發(fā)生解折疊，以無定形態(tài)聚合，WGA活性顯著降低。而后作者用已致敏的瑞士白化小鼠動物實驗發(fā)現(xiàn)處理后的WGA喂養(yǎng)小鼠體內(nèi)嗜酸細胞活化趨化因子，白細胞介素-4、白細胞介素-5含量明顯降低，小鼠腸組織切片淋巴細胞滲透物減少，小鼠的炎癥反應(yīng)減輕。這說明了高劑量的輻照能降低WGA致敏性。因為小麥中的麥醇溶蛋白是一種異凝集素，因此這也證實了γ輻射能降低小麥的致敏性，同時也為輻射處理降低小麥致敏性的加工提供了理論依據(jù)。

在實際生產(chǎn)加工中，降低小麥致敏性的方法研究具有廣闊的前景。如，Men等［38］發(fā)現(xiàn)單寧等多酚類物質(zhì)存在時，麥醇蛋白的提取率會降低，這可能是酚類物質(zhì)能與麩質(zhì)蛋白結(jié)合從而影響了麥醇蛋白的提取率，然而關(guān)于酚類物質(zhì)與麩質(zhì)蛋白的結(jié)合物缺乏致敏性的分析。Mazzaracchio等［39］研究發(fā)現(xiàn)麥醇溶蛋白能吸收花青素衍生物，之后麥醇蛋白的二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，但其結(jié)構(gòu)改變是否導(dǎo)致麥醇蛋白的致敏性變化缺乏致敏性評估。顯而易見，這些新成果能夠為我們尋求低致敏小麥制品提供新思路。另外，可以降低其它過敏食物致敏性的加工方法，以及各種技術(shù)聯(lián)合處理的方法都可以開拓我們的思路。

4 結(jié)語

小麥是國內(nèi)外一種主要的糧食作物，隨著人們對小麥的消費需求不斷擴增，小麥引起的過敏疾病也引起了食品工業(yè)界的高度關(guān)注。如乳糜瀉患者，必須終生嚴格執(zhí)行無麩質(zhì)蛋白飲食，并在飲食中避免小麥、大麥和黑麥等含麩質(zhì)谷類食物［40］，其它類型的小麥過敏患者也必須避免接觸這些過敏原。毫無疑問，小麥過敏人群的飲食存在很大的困擾。因此，生產(chǎn)低致敏小麥制品尤為重要。很遺憾，目前小麥粉的生產(chǎn)當中，國內(nèi)外低致敏小麥粉產(chǎn)品幾乎是一片空白。雖然加工不能完全去除小麥粉的致敏性，但是如果能夠建立一種制備低致敏小麥粉的方法，更能滿足實際的需求，將更具有實際應(yīng)用價值。

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